建筑电气低压配电设计

何 皓

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430033)

建筑电气低压配电设计

何 皓

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北武汉430033)

何皓(1983—)，男，高级工程师，从事建筑电气设计。

根据建筑电气设计的特点，并结合国家及行业标准，介绍了建筑供电的合理供电方案，并结合实际工程实例对低压配电设计中需注意的问题进行了分析，指出了低压配电线路敷设需注意的问题，以供相关设计参考。

建筑电气;低压配电;供电方案;接地故障

0 引言

建筑电气是建筑安全的重要组成部分，关系到人身及财产安全。随着我国经济的飞速发展，建筑水平逐步提高，城市用地日益紧张，建筑物正向密集化和高层化方向发展。因此，当前的建筑物必须要加强电气设计。本文基于建筑电气设计必须要遵循的规范，介绍了建筑电气的供电方案及低压配电设计应注意的问题。

图1 供电方案(一)

1 供电方案的探讨

在整个建筑物的用电设备中，消防设备的供电等级是整个供电系统的最高等级。因此，对于建筑配电，安全、经济的供电方案能够有效地提高供电的可靠性。

常见的两种供电方案分析如下:

(1)供电方案(一)如图1所示。此方案中给建筑供电的变压器有2台，低压侧的两段母线平时各自单独运行，只有当其中一台变压器出现故障时，才允许通过母线联络柜上的断路器进行段间互联，使另一台变压器短时间承担供电任务，形成单母线分段制;消防负荷和非消防负荷接在同一母线上，配电在同一水平线上;消防回路采用双回路供电，在末端配电箱进行切换。该供电方案简单、经济。在发生火灾时，为保证消防水泵等冲击负载的运行，由消防员在配电室切断非消防负荷而保证消防重要负荷供电。由于非消防负荷回路较多且和消防负荷接在同一母线上，因此对消防员的专业技术要求比较高，会存在切断消防负荷的可能性。

(2)供电方案(二)如图2所示。此方案中给建筑供电的变压器有2台，每台变压器出口设置2个低压进线总断路器，共4个低压进线断路器;低压侧设置四段母线，平时各自单独运行，只有当其中一台变压器出现故障时才允许通过母线联络柜上的断路器进行段间互联，使另一台变压器短时间承担供电任务;消防负荷和非消防负荷分组接在不同母线上，配电保持在同一水平线上;消防回路采用双回路供电，在末端配电箱进行切换。该供电方案联锁断路器较多，供电较复杂。在发生火灾时，消防员能迅速、准确在配电室内切断非消防负荷总断路器KM1、KM4，以保证消防重要负荷供电。

从安全、可靠性角度考虑，当消防负荷为二级负荷以上时，应采用供电方案(二)。

图2 供电方案(二)

2 低压配电设计时注意的问题

变电所的设置需综合考虑建筑的整体布局和功能分布，因此存在一些用电设备的低压配电距离较远、电缆线路较长且需穿越潮湿场所的情况。

2.1 接地故障保护及校验

(1)接地故障保护方式的选择。GB 50054—2011《低压配电设计规范》中第5.2.7～5.2.22条规定，接地故障保护有两种保护方式:利用剩余电流实现接地故障保护和采用过电流保护兼作接地故障保护。但是在IEC标准中，低压配电线路保护没有采用剩余电流实现接地故障保护，因此应采用过电流保护兼作接地故障保护。

(2)接地故障保护灵敏度校验。民用建筑电气一般采用TN-S系统。考虑到经济性，低压出线回路过电流保护一般采用普通热磁断路器，其瞬动保护电流整定值固定为10倍的断路器额定电流。

GB 50054—2011中第6.2.4条规定:当短路保护电器为断路器时，被保护线路末端的短路电流不应小于断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。在民用建筑电气中，由于负荷比较小，变压器容量也较小，特别在一些住宅中供电末端远离变电所，线路较长，低压配电线路末端接地故障电流很小，而瞬动保护电流的整定电流值较大，因此难以满足规范要求，不能在规定时间内可靠断开断路器。

为达到保护灵敏度的要求，可采用如下两种方式:

①变电所低压出线回路断路器由热磁式改为专用接地故障保护的电子式断路器，其瞬动保护电流整定值可调，但是专用接地故障保护的电子式断路器价格比普通热磁断路器的多20%～50%。

②在不更换断路器的情况下，加大配电线路的电缆截面，以减小导体电阻，实现增大末端接地故障短路电流值，达到灵敏度的要求。

例如:配电变压器为630 kVA(Ud=4.5%)，变压器高压侧短路容量为100 MVA，出线回路为照明回路，正常工作电流为80 A，线路长度为300 m，保护断路器采用100 A的热磁脱扣器，根据压降要求和载流量要求，采用YJV-0.6/1 kV 4×25+1×16铜芯电缆供电，其压降为7.2%。根据电缆载流量，YJV-0.6/1 kV 4×25+1×16铜芯电缆满足压降和载流量要求。等效电路模型(一)如图3所示。图3中，末端接地故障短路电流计算为1.12 kA，断路器瞬时整定电流值为10倍的额定电流，为1 000 A。因此，灵敏系数为1.12(＜1.3)，不满足规范要求，当采用更换断路器方式时，瞬时保护值应小于862 A，整定值应为800 A。

图3 等效电路模型(一)

当采用加大电缆截面方式时，电缆为YJV-0.6/1 kV 4×50+1×25铜芯电缆，等效模型(二)如图4所示。

图4 等效电路模型(二)

图4中，末端接地故障短路电流计算为1.796 kA，断路器瞬时整定电流值为10倍额定电流，为1 000 A，因此灵敏系数为1.796(＞1.3)，满足规范要求。

根据以上分析，当两种方式都满足要求时，应综合考虑经济性，以满足灵敏度要求。

2.2 配电导体热稳定性校验

GB 50054—2011中第3.2.2条规定:导体应该满足热稳定性要求，同时第6.2.1条规定:配电线路的短路保护电器，应在短路电流对导体和连接处产生的热作用和机械作用造成危害之前切断电源。因此，需要对保护电器分断能力和线缆热稳定性进行校验，线缆导体热稳定性校验按线路最大短路电流来校验。

(1)短路保护电器的选择。短路保护电器一般采用断路器，对于变压器容量比较大的变电所，低压母线短路电流也比较大，如变压器容量为630 kVA，低压柜母线d1处三相短路电流为17.77 kA，此时应选择分断能力＞17.77 kA的断路器。一般，低压柜保护断路器不能选择小型断路器，因为一般小型断路器分断能力＜10 kA。

(2)低压电缆热稳定性校验。GB 50217—2007《电力工程电缆设计规范》第3.7.7条规定:对于非熔断器保护的回路，应按满足短路热稳定条件确定电缆导体的最小截面。图3中，由于低压母线长度比较短，因此母线阻抗可以忽略，低压柜出线开关处可以看做为d2处，此时d2处短路电流有效值为17.77 kA。假设低压出线为16 A的照明回路，当仅考虑载流量要求时，YJV-0. 6/1 kV 5×4铜芯电缆满足要求。

导体热稳定性校验公式为

式中:S——导体的截面;

I——短路电流有效值;

t——已达到允许最高持续工作温度的导体内短路电流持续作用的时间;

K——不同绝缘的计算系数。

由于保护电器采用断路器，分断时间＜0.1 s，按规范要求，当短路持续时间＜0.1 s时，应计入短路电流非周期分量的影响。这种情况下，应根据以下公式检验:

其中，I2t为断路器厂家提供的保护电器允许通过的热能量值。假设断路器选择塑壳断路器NSX100系列，查厂家低压断路器热应力限制曲线，短路电流为17.77 kA时，热效应值为4.85×105，根据式(2)，得

因此，电缆截面应大于4.87 mm2，应选择YJV-0.6/1 kV 5×6铜芯电缆。

2.3 低压配电线路敷设

建筑电气中应特别注意消防配电线路的敷设，根据GB 50016—2014《建筑防火设计规范》第10.1.10条，敷设应符合以下规定:

(1)明敷时(包括敷设在吊顶内)，应穿金属导管或采用封闭式金属槽盒保护，金属导管或封闭式金属槽盒应采取防火保护措施;当采用阻燃或耐火电缆并敷设在电缆井、沟内时，可不穿金属导管或采用封闭式金属槽盒保护;当采用矿物绝缘类不燃性电缆时，可直接明敷。

(2)暗敷时应穿管并敷设在不燃性结构内，且保护层厚度不应小于30 mm。

(3)消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内;确有困难需敷设在同—电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。

另外，消防配电线路应满足火灾时连续供电的需要，因此必须根据建筑体量、特征，充分考虑发生火灾时可能达到的最高温度、人员从最长的疏散通道逃生时间等，来选择电缆的耐火温度等级以及在最高温下持续供电时间，持续供电时间不应小于规范要求时间和实际时间两者之间的最大值。

3 结语

本文根据建筑电气的特点及相关国家规范的要求，提出了比较合理的供电方案。建筑电气具有不同于其他项目的独特性，对其低压配电时需注意的问题进行了阐述。建筑电气的设计是一项系统性的工程，只有综合考虑，才能做到供电可靠、设计合理。

［1］中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册［M］.3版.北京:中国电力出版社，2005.

［2］JGJ 16—2008民用建筑电气设计规范［S］.

［3］GB 50054—2011低压配电设计规范［S］.

［4］GB 50217—2007电力工程电缆设计规范［S］.

［5］GB 50016—2014建筑防火设计规范［S］.

Research on Electrical Low Voltage Distribution Design for Buildings

HE Hao
(Wuhan Municipal Engineering Design＆Research Institute Co.，Ltd.，Wuhan 430033，China)

According to the characteristics of building electrical design，combined by the national and industry standards，the reasonable power supply scheme of building supply is obtained.Combing by example，the problems that should be paid attention to in the design，was analyzed.It is pointed out that the problems should be paid attention to when low voltage power lines lay.It could provide references for similar design.

building electrical;low voltage distribution;power supply scheme;grounding fault

TU 852

B

1674-8417(2015)11-0012-04

2015－09－23